“傳動機構(gòu)”ＭＭＣＡＩ課件的研究與設(shè)計

摘要 多媒體計算機輔助教學(xué)（MMCAI）作為一種先進的教學(xué)手段已在教學(xué)中廣泛使用。基于MMCAI的設(shè)計原則，根據(jù)MMCAI教學(xué)特點，針對機械設(shè)計基礎(chǔ)中\(zhòng)"傳動機構(gòu)\"這一教學(xué)重點和難點，從教學(xué)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面進行了研究，并設(shè)計出傳動機構(gòu)MMCAI課件，在教學(xué)中獲得了積極而又理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞傳動機構(gòu)；多媒體；MMCAI

中圖分類號：G436文件標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-489X（2007）04－0059-04

Research and Design aboutTransmissionMechanism MMCAI Course Software//Chen Wei

Abstract Multimedia Computer Assisted Instruction(MMCAI) is an advanced method which is extensively used in the teaching. According to the MMCAI design principle and the MMCAI teaching characteristics，and aiming at focal point and difficult point in transmissionmechanism about the machine design foundation，the paper carries on the research from the teaching and structuredesign， and designstransmission mechanism MMCAI course software. It is obtained to ideal effect in the teaching.

Key wordstransmissionmechanism， Multimedia， MMCAI

Author's addressJiangsu Radio TV University， Nanjing 210036

1引言

在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程中，傳動機構(gòu)貫穿于整個課程的教學(xué)過程中，它是課程的核心內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。

在廣播電視大學(xué)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程中，傳動機構(gòu)一直是機械或機電類教學(xué)的重點、學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。雖然教材對各種傳動裝置的結(jié)構(gòu)、傳動原理描述詳細(xì)，加之授課老師精心講解，由于學(xué)生沒有感性認(rèn)識，學(xué)生也很難盡快地理解和掌握；電視錄像中圖像不十分清晰，畫面停留時間短暫，不能實現(xiàn)交互控制；應(yīng)用教學(xué)掛圖也不易把各種傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動原理交代清楚，因為掛圖畢竟是靜態(tài)的。這些都一直困擾著教師和學(xué)生。

如何上好“傳動機構(gòu)”一直是教師們探討的問題。計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，給教學(xué)手段增添了新的工具。多媒體計算機輔助教學(xué)（MMCAI）作為一種先進的教學(xué)手段已在教學(xué)中廣泛使用。它改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，使教學(xué)模式、教學(xué)思想、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段，乃至教育思想和教育觀念都發(fā)生了重大的變化。

根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，在研究MMCAI課件的基礎(chǔ)上，設(shè)計了“傳動機構(gòu)”MMCAI課件，并嘗試著用于教學(xué)，使學(xué)生在課堂中就可以看到各種傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、傳動形式和傳動過程，極大地增加了對傳動機構(gòu)的感性認(rèn)識，獲得積極而又理想的教學(xué)效果。

2 MMCAI教學(xué)特點

多媒體技術(shù)的集成性、交互性和實時性決定了MMCAI在教學(xué)上的特點，主要表現(xiàn)為：

1）信息傳遞能力強。通過同時或交替呈現(xiàn)的文本、圖形、圖像、聲音以及動畫等多種信息形式，為學(xué)生提供了一個生動逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，強化學(xué)生的記憶，提高學(xué)習(xí)效率，改善學(xué)習(xí)效果。

2）信息組織方式自然。采用非線性的超媒體技術(shù)管理信息，其結(jié)構(gòu)類似于人類思維的聯(lián)想跳躍方式，揭示和分解信息的復(fù)雜性，大大減少了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，便于學(xué)生很快接受知識。

3）個別化教學(xué)程度高。利用計算機的交互技術(shù)和高速檢索技術(shù)，使學(xué)生可以迅速方便地選擇教學(xué)內(nèi)容，不僅有利于教師根據(jù)教學(xué)現(xiàn)場情況及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，而且學(xué)生也可根據(jù)自己的實際能力來安排學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)進度，因而實現(xiàn)了因材施教，可最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，為學(xué)生提供一個培養(yǎng)創(chuàng)造能力的機會。

3 “傳動機構(gòu)”MMCAI課件的研究

3.1設(shè)計原則

1）應(yīng)具有良好的學(xué)習(xí)機制。“傳動機構(gòu)”課件應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)習(xí)的主導(dǎo)這一教學(xué)基本規(guī)律。這就要求，既要發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，又要發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用。

2）應(yīng)具有很強的實用性。使用課件的對象是學(xué)生，因此，要求課件具有很強的實用性。即課件的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)功能和教學(xué)手段的運用上，都要突出實用性。

3）應(yīng)突出重點。課件在教學(xué)內(nèi)容上要突出重點，邏輯層次要清晰，要有一定的深度。切勿書本搬家，簡單堆砌，也反對空洞的花架子。

4）應(yīng)體現(xiàn)教學(xué)功能。在教學(xué)設(shè)計的總體構(gòu)思、創(chuàng)意以及各種媒體的合理搭配上，要融合教師的教學(xué)經(jīng)驗以及學(xué)生的具體情況來進行。應(yīng)體現(xiàn)出教學(xué)功能，采用啟發(fā)引導(dǎo)教學(xué)，將抽象內(nèi)容可視化，使之生動形象，而且圖文切換迅速、方便。

5）應(yīng)使用方便。課件要安裝方便，運行安全可靠，用戶界面友好，便于操作，還要便于自學(xué)。

6）應(yīng)便于擴充，以適應(yīng)補充教學(xué)內(nèi)容的需要。

3.2總體構(gòu)架

“傳動機構(gòu)”MMCAI課件的總體構(gòu)架，如圖1所示。

圖1\"傳動機構(gòu)\"MMCAI課件的總體構(gòu)架圖

3.3教學(xué)設(shè)計

“傳動機構(gòu)”MMCAI是以中央廣播電視大學(xué)出版社出版的《機械設(shè)計基礎(chǔ)》中“第一篇中的第二至第五章”為藍(lán)本，根據(jù)這些章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容的知識點，分析重點、難點，構(gòu)造授課順序，分析學(xué)生情況確定教學(xué)目標(biāo)，進而合理選擇設(shè)計教學(xué)媒體信息，充分利用文本、圖形、圖像、聲音以及動畫等媒體，并在系統(tǒng)中把它們進行有機地組合，形成優(yōu)化的教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

教學(xué)重點：各種傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理；

教學(xué)難點：各種傳動機構(gòu)的傳動關(guān)系。

3.4結(jié)構(gòu)設(shè)計

“傳動機構(gòu)”MMCAI的結(jié)構(gòu)主要是由平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和其他傳動機構(gòu)等模塊所構(gòu)成，而每一模塊又是由機構(gòu)裝置、傳動演示、工作原理和知識點分析等子模塊組成。整個系統(tǒng)突出了交互的特點和“動”的特征。在悅耳的音樂聲中，系統(tǒng)進入選擇形式的交互界面，有目的地選擇不同模塊，可以隨時返回或退出系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計流程如圖2

圖2 結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計方法，每個模塊都可單獨掛接在系統(tǒng)主控模塊之下，這樣既可以使系統(tǒng)的開發(fā)工作按軟件工程的要求進行，又十分有利于系統(tǒng)的維護，即系統(tǒng)投入運行使用后，若需對某個模塊進行修改或添加新的模塊時，都不會影響其他模塊和整個系統(tǒng)，修改和新增的模塊可十分方便地掛接于系統(tǒng)之中。這樣也可使得采用本系統(tǒng)的用戶對構(gòu)成系統(tǒng)的各子模塊進行選擇，以適應(yīng)自己的教學(xué)層次，同時又使系統(tǒng)十分方便地進行擴充。

1）編寫腳本目標(biāo)明確、思路清晰、內(nèi)容精練。易于表達的腳本是一個好的課件的開始，它能大大提高軟件制作的質(zhì)量和效率。編制課件主要采用兩種結(jié)構(gòu)類型：樹型和網(wǎng)型。

樹型，結(jié)構(gòu)層次明確，易于由淺入深地組織信息，并且能夠比較容易遍歷各頁。缺點是形式不夠活潑，信息交接速度慢。

網(wǎng)型（也稱超媒體），類似于Internet上的網(wǎng)頁，各頁之間都有熱點相互連接成網(wǎng)，可以加快信息的交接速度。缺點是容易打亂思路，且不易遍歷各頁。

因而，本MMCAI中各模塊采用了樹形結(jié)構(gòu)與網(wǎng)型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式來編寫腳本軟件。其整個腳本程序思路清晰，角色生動活潑（腳本略）。

2）素材選用在本課件的設(shè)計中有大量的圖形、圖像、動畫以及背景音樂和解說，合理地選用這些素材，對MMCAI極為重要。

聲音 音樂采用MIDI音樂和WAV音樂。課間休息采用輕音樂以增加輕松愉快的氣氛。考慮到課程的嚴(yán)肅性，在進行學(xué)習(xí)時可控制音樂的播放。

解說采用WAV格式的文件。在課程學(xué)習(xí)時，不但有文字、圖形而且還伴隨著解說，真正實現(xiàn)聲、圖、文并茂。

動聽的背景音樂可使傳動機構(gòu)的演示效果更完美。在傳動演示模塊中，聲音的處理分為背景音樂的錄制、編輯和配音的合成處理3個部分。對聲音錄制時，采樣頻率、量化位數(shù)、通道個數(shù)是3個主要的技術(shù)指標(biāo)，影響數(shù)字化聲音的質(zhì)量。當(dāng)采樣頻率越高，量化位數(shù)越多，采用立體聲獲得音質(zhì)越好。對錄制結(jié)果在恢復(fù)時，應(yīng)降低采樣頻率，避免失真。背景音樂是利用多媒體控制接口(MCI)與聲卡聯(lián)接，把ＣＤ光碟里的音樂錄制下來。

在工作原理模塊和知識點分析模塊中，使用了配音解說，這個聲音文件的制作處理過程與上述大致相同，只是在錄制時，錄入的不是ＣＤ音樂，而是麥克風(fēng)上傳來的聲音。

圖形傳動機構(gòu)中的圖（機械制圖）大多數(shù)是在AutoCAD下繪制的。由AutoCAD繪制的圖形通常以DXF格式儲存，以DXF格式儲存的圖形是ASCII或二進制的矢量圖。對于PC機，大多數(shù)CAD應(yīng)用軟件（如AutoCAD、CadKey、FastCAD等）及一些圖像應(yīng)用軟件（如CorelDRAW等）都支持這種格式。DXF已經(jīng)成為事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但這種格式存儲效率不高，而且要全面讀取DXF文件是相當(dāng)困難的。所以，通常可以用AutoCAD軟件將所需圖形制作完成，然后將圖形按窗口元文件格式（WMF）轉(zhuǎn)存，或按位圖格式（如PCX、GIF等）轉(zhuǎn)存。WMF文件儲存的仍然是矢量圖形，當(dāng)它轉(zhuǎn)回到AutoCAD中或由其他基于Windows的應(yīng)用軟件讀出時不會降低分辨率。知道文件格式的詳細(xì)解釋，在編制MMCAI課件時就可以用編語言對其進行解碼調(diào)用。

（3）圖像

凡是記錄在紙上的，拍攝在照片上的，顯示在屏幕上的所有具有視覺效果的畫面都可以稱為圖像。根據(jù)圖像記錄方式的不同，圖像可以分為兩大類：一類是模擬（analog）圖像，一類是數(shù)字（digital）圖像。用計算機來進行處理的圖像多是數(shù)字圖像。

數(shù)字圖像在計算機中以一定的文件格式儲存在存貯設(shè)備上（如磁盤、光盤、磁帶等）。常見的圖形文件格式有：BMP、DIB、GIF、JPG、PCX、TGA 及TIFF等。

數(shù)字圖像在多媒體CAI軟件中是不可缺少的。 數(shù)字圖像主要通過3種方法獲得，即，印刷品、照片、工程圖紙一般通過掃描儀輸入到計算機；視頻圖像須通過專用的視頻輸入系統(tǒng)輸入計算機；數(shù)字圖像也可通過專用繪畫（paint）軟件（如Photoshop\\CorelDRAW等）或動畫制作軟件制作。

動畫動畫技術(shù)是MMCAI軟件的重要組成部分，特別是機構(gòu)的傳動，應(yīng)用動畫技術(shù)可使學(xué)生迅速理解機構(gòu)運動關(guān)系和工作原理。

在微機上實現(xiàn)動畫的方法主要有幀動畫、位塊動畫、實時動畫和調(diào)色板動畫。

幀動畫和位塊動畫一般用專業(yè)動畫軟件事先制作完成并保存在磁盤上，在CAI軟件中編制動畫播放子程序，在需要的地方播放動畫。幀動畫和位塊動畫的主要區(qū)別在于：幀動畫通常用于演示復(fù)雜的、具有真實感的三維實體模型的運動；而位塊動畫因其所占內(nèi)存少、播放速度快。

實時動畫則在動畫實現(xiàn)過程中實時生成每一幀圖像。實時動畫對硬件要求較高，生成速度較慢，而且受到圖像及物體相互運動的復(fù)雜程度的限制，其優(yōu)點是實時動畫可以讓用戶使用輸入設(shè)備進行人機交互，更利于學(xué)習(xí)。在多媒體CAI軟件中使用較頻繁。

調(diào)色板動畫的特點是采用彩色循環(huán)技術(shù)，使靜止的畫面通過顏色的變化產(chǎn)生動態(tài)的視覺效果。

4 “傳動機構(gòu)”MMCAI課件設(shè)計

4.1環(huán)境要求

1）硬件要求：根據(jù)\"傳動機構(gòu)\"內(nèi)容的要求，由于對聲音、圖像和動畫的處理要用到大量的數(shù)據(jù)，對計算機的速度、容量有較高的要求。要求配置586以上的微機，內(nèi)存不小于32兆，16位聲卡。操作系統(tǒng)最好是Win98以上。SB16聲卡、S3顯卡、.28逐行彩顯、有源音箱、平板式掃描儀。

2） 軟件要求（開發(fā)工具）：由于\"傳動機構(gòu)\"課件要求較高，因此在設(shè)計中所用到的軟件也較多，具體有多媒體課件寫作工具、動畫制作工具、圖形處理工具、聲音處理工具以及其他一些工具。

①寫作工具： Authorware在設(shè)置跟蹤用戶反應(yīng)的交互方面更有優(yōu)勢，而Director在控制動畫和聲音方面更加靈活有效。因此，Director更適用于形象的塑造和渲染，Authorware更適合邏輯方面的教育思想傳達和相互作用。另外，Authorware提供了對Director非常友好的接口。用Authorware做主控，用Director做交互要求較少而畫面變化較復(fù)雜的動畫控制。

②動畫制作工具：對于三維動畫選用3DS Max 5.0。該軟件是目前在微機上制作三維動畫的常用軟件，只要畫出一個動作的始態(tài)和終態(tài)，中間過渡就可以由軟件自動生成。其做出的動畫可以生成.AVI、.FLC等多種視頻格式的文件；對于動畫編輯軟件，選用Premiere 。

③圖形處理工具：圖形處理選擇PhotoShop 7.0。它在功能、圖形處理等方面都很強大。

④聲音處理工具：聲音處理軟件用Cool Edit 96。 它可實現(xiàn)聲音的錄入、格式轉(zhuǎn)換以及聲音的編輯等功能。

⑤其他工具：三維模型的建立和零件圖的繪制運用AutoCAD 2002；在涉及到數(shù)據(jù)庫的操作時用到了 Access 和ODBC（公用數(shù)據(jù)庫接口）。

4.2“傳動機構(gòu)”中的差速傳動的設(shè)計

圖3為設(shè)計的差速傳動裝置中的一幀動畫。1） 建立三維模型用AutoCAD 2002軟件建立差速傳動裝置中各零件的三維模型。

2）動畫制作將建立的三維模型，通過接口輸入到3DS MAX中。

在3DS Max中，建立一部攝像機和三盞泛光燈場景，并安置在較佳的位置上。在引入差速傳動裝置的三維模型之后，就可進行動畫設(shè)計。

圖3 差速傳動裝置

4.3“傳動機構(gòu)”MMCAI課件設(shè)計

用同樣的方法可以設(shè)計出其他\"傳動機構(gòu)\"的動畫演示，這就形成了傳動演示模塊。至于其他模塊設(shè)計，其方法相似，不再贅述。將上述設(shè)計的模塊連同背景圖形、聲音等合成到寫作工具Authorware中，就完成了“傳動機構(gòu)”MMCAI課件的設(shè)計。將課件在教學(xué)中進行試用并進行評估，根據(jù)反饋的意見和建議進行修正、完善，這樣就完成了課件的最終設(shè)計。

5 結(jié)束語

隨著多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善，為教師和學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間建立起更為便捷的交流平臺，可將教學(xué)中的各個環(huán)節(jié)和各種教學(xué)資源向?qū)W生開放，便于教師實行因材施教，也便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，優(yōu)化教學(xué)過程。還可以進行遠(yuǎn)程教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)資源共享，解決教師資源不足等問題。因此，MMCAI是教學(xué)改革深入發(fā)展的必然，也是教學(xué)方法現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。